基于FPGA的FM调制解调器实现与算法详解

本文主要介绍了基于FPGA实现的FM调制解调器的工作原理和软件算法设计，特别是在数字信号处理中的应用。 文章首先讲解了FM调制解调的基础概念。在发射过程中，音频信号通过MAX1285进行采样，以16Ksps的速率，然后FPGA使用SPI接口读取ADC数据，进行25倍内插产生400Kbps的采样数据，接着进行FM调制生成零中频的I、Q路信号。这些信号通过并行接口送到AD9856进行数字上变频，最终产生24MHz的中频信号。在接收端，AD9235对中频信号进行带通采样，采样率为19.2Msps，FPGA读取数据后进行数字下变频和抽取滤波，得到400Ksps的零中频I、Q路数据，再通过FM解调恢复音频数字信号，最后通过SPI接口送AD5320重建模拟音频。 在算法设计部分，文章详细讨论了FM调制和解调的数学模型。FM调制信号可以用复数形式表示，调制算法处理图展示了信号流经的过程。求解sin和cos函数可以采用查表法或CORDIC算法。查表法速度快但需要较大存储空间，而CORDIC算法占用资源少但有延迟，可通过流水线结构来改善。 在FM解调算法部分，重点介绍了数字下变频（DDC）算法的设计。DDC是将采样后的中频信号转换为零中频I、Q路信号的关键步骤。此外，文章还提到了数字鉴频作为解调的一部分，这是从I、Q路信号中提取调制信息的关键。 文章最后指出，基于FPGA的FM调制解调器方案具有性能好、资源消耗少、灵活性高的特点，可以替代传统的专用芯片，适用于各种特殊场景的FM调制解调需求。这一实现方案结合了软件无线电的思想，展示了FPGA在数字信号处理中的强大能力。